具有改善的能量密度和功率的锂硫电池的制作方法

本申请要求基于2021年11月23日提交的韩国专利申请第10-2021-0161896号的优先权权益，将所述专利申请的全部内容并入作为本说明书的一部分。本发明涉及一种具有改善的能量密度和功率的锂硫电池，更具体地，涉及一种具有改善的能量密度和功率的锂硫电池，所述锂硫电池通过将正极中硫的质量与电解质的质量之比和正极的硫负载值设定在特定范围内而能够同时实现300wh/kg以上的每电池重量的能量密度和2kw/kg以上的最大功率。

背景技术：

1、随着人们对能量存储技术的兴趣的日益增加，因为该技术的应用从移动电话、平板电脑、笔记本电脑和摄像机的能源甚至扩展到电动车辆(ev)和混合动力电动车辆(hev)的能源，所以对电化学装置的研究和开发正在逐渐增加。电化学装置领域是这方面最受关注的领域。其中，能够充电/放电的诸如锂硫电池的二次电池的开发成为了关注的焦点。近年来，在开发这些电池时，为了改善容量密度和比能量，已经对新型电极和电池的设计进行了研究和开发。

2、在这些电化学装置中，将硫用作正极活性材料的锂硫电池(li-s电池)具有高的单位重量的能量密度(比能量密度)，由此作为能够代替锂离子电池的下一代二次电池而备受关注。在这种锂硫电池中，在放电期间发生硫的还原反应和锂金属的氧化反应。此时，硫从具有环状结构的s8形成具有直链结构的多硫化锂(lips)。这种锂硫电池的特点在于，直到多硫化物完全还原成li2s为止，显示出逐步放电的电压。

3、然而，锂硫电池商业化的障碍之一是，由于作为正极活性材料包含的硫的电化学转化反应而导致功率低。另一方面，在现有的锂离子电池中，进行其中锂离子嵌入正极/负极结构中的嵌入反应，由此功率相对高于锂硫电池的功率。然而，如上所述，锂硫电池(li-s电池)的单位重量的能量密度高，并且与锂离子电池相比，还具有单位重量的能量密度更高的优点。

4、因此，有必要改变锂硫电池的设计，从而在相同的单位重量的能量密度下具有最大功率。此外，特别是为了应用于诸如城市空中交通工具(uam)的服务系统中所使用的飞行器，需要将单位重量的能量密度提高到300wh/kg以上(锂离子电池为小于300wh/kg)，同时还需要将最大功率提高到通常所需的2kw/kg以上。

技术实现思路

1、技术问题

2、因此，本发明的一个目的在于提供一种具有改善的能量密度和功率的锂硫电池，所述锂硫电池通过将正极中硫的质量与电解质的质量之比和正极的硫负载值设定在特定范围内而能够同时实现300wh/kg以上的每电池重量的能量密度和2kw/kg以上的最大功率。

3、技术方案

4、为了实现上述目的，本发明提供一种锂硫电池，所述锂硫电池包含：含有硫作为正极活性材料的正极、锂金属负极和电解质，其中，电池满足如下数学式1：

5、[数学式1]

6、1≤es/l≤1.4

7、其中，es为通过将电解质的质量(g)除以正极中所含的硫的质量(g)而获得的值，并且l为正极的硫负载值且其单位为mah/cm2。

8、有益效果

9、根据本发明的具有改善的能量密度和功率的锂硫电池，所述锂硫电池具有如下优点：通过将正极中硫的质量与电解质的质量之比和正极的硫负载值设定在特定范围内而同时实现300wh/kg以上的每电池重量的能量密度和2kw/kg以上的最大功率。

技术特征：

1.一种锂硫电池，所述锂硫电池包含：含有硫作为正极活性材料的正极、锂金属负极和电解质，

2.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述锂硫电池的能量密度为300wh/kg以上，同时，最大功率为2kw/kg以上。

3.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述es的值为2≤es<3.7。

4.根据权利要求3所述的锂硫电池，其中，所述l的值为2≤l≤2.6。

5.根据权利要求4所述的锂硫电池，其中，如果所述l的值为2≤l<2.5，则所述电池的能量密度为300wh/kg以上且小于350wh/kg，此时，功率值为2kw/kg至2.6kw/kg。

6.根据权利要求4所述的锂硫电池，其中，如果所述l的值为2.5≤l≤2.6，则所述电池的能量密度为300wh/kg至350wh/kg，此时，功率值为超过2kw/kg至2.6kw/kg。

7.根据权利要求6所述的锂硫电池，其中，如果所述es/l的值为1且所述l的值为2.5≤l≤2.6，则所述电池的能量密度为350wh/kg，此时，功率值为超过2kw/kg至2.3kw/kg。

8.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述正极活性材料包含硫-碳复合材料。

9.根据权利要求8所述的锂硫电池，其中，所述正极包含正极活性材料和粘合剂，并且不包含导电材料。

10.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，基于所述正极的总重量，所述硫的含量为60重量％至80重量％。

11.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述电解质含有：

12.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述锂硫电池为用作城市空中交通工具(uam)的飞行器的电池。

技术总结
本发明公开了一种锂硫电池，所述锂硫电池具有改善的能量密度和功率，所述锂硫电池通过将正极中硫的质量与电解质的质量之比和正极的硫负载值设定在特定范围内而能够同时实现300Wh/kg以上的每电池重量的能量密度和2kW/kg以上的最大功率。该锂硫电池包含：含有硫作为正极活性材料的正极、锂金属负极和电解质，并且满足如下数学式1：[数学式1]1≤ES/L≤1.4其中，ES为通过将电解质的质量(g)除以正极中所含的硫的质量(g)而获得的值，并且L为正极的硫负载值，且其单位为mAh/cm<supgt;2</supgt;。

技术研发人员：韩承勋,洪京植,金潣守,李载佶
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15